β-Si3N4增强MoSi2基复合材料的组织与性能

利用放电等离子烧结法(SPS)制备了不同体积分数β-Si3N4增韧的MoSi2复合材料,研究了β-Si3N4颗粒对MoSi2基复合材料显微组织和力学性能的影响,初步探讨了β-Si3N4颗粒对MoSi2增韧的机理.结果表明:在MoSi2基体中加入β-Si3N4颗粒,能细化基体组织,改善力学性能;随着β-Si3N4体积分数的增加,复合材料的显微硬度和断裂韧性先增后减,20%β-Si3N4/MoSi2复合材料的显微硬度与断裂韧性分别比MoSi2提高了31.7%与62.9%,增韧补强效果显著;β-Si3N4的强韧化机理为细晶强化.     

金刚石磨具纳米Si3N4改性聚酰亚胺树脂结合剂研究

本文研究了纳米Si3N4改性的聚酰亚胺树脂及其在金刚石树脂磨具中的应用.采用傅立叶红外光谱、扫描电镜、热重分析(TG)等方法对改性树脂的结构与性能进行了表征.结果表明:纳米氮化硅可与聚酰亚胺形成化学键,并均匀地分散在聚酰亚胺中,没有明显的团聚现象.研究发现纳米Si3N4可以明显改善聚酰亚胺树脂的力学性能和耐热性,从而提高树脂磨具的强度和导热性.其中金刚石树脂磨具抗折强度和硬度在7%纳米Si3N4时同时达到最大,其中抗折强度提高21.4%,硬度提高12%.     

CO2超临界流体中制备镍基复合电铸层的微观组织和显微硬度

简单介绍CO2超临界流体(SCF-CO2)复合电铸的实验方法,采用扫描电镜(SEM)、数字显微硬度计对Ni-A12O3和Ni-金刚石复合电铸进行研究,分析SCF-CO2环境下制备的Ni-Al2O3复合电铸层(N1)和Ni-金刚石复合电铸层(N2)的表面微观组织,探讨强化颗粒(纳米A12O3和微米金刚石颗粒)、压力对N1和N2显微硬度的影响.结果表明,SCF-CO2环境下制备的N1表面光亮、平整,A12O3颗粒的分散效果好;随着Al2O3颗粒添加量增加,N1的显微硬度先逐渐上升后快速下降,在其添加量为60g/L、压力为14 MPa时,N1显微硬度最大,为11.4 GPa,是大气环境下制备的Ni-A12O3复合电铸层的2倍多,此时Nl中Al2O3颗粒的复合量为9.9％(质量分数).SCF-CO2环境下制备的N2表面含有黑色金刚石颗粒、微观组织呈胞状均匀分布;随着金刚石颗粒添加量增加,N2的显微硬度呈现先快速上升后逐渐下降的趋势,在金刚石颗粒添加量为60 g/L、压力为10MPa时,显微硬度最大,可达到9.1 GPa,当压力高于14 MPa后,N2的显微硬度快速下降.     

对超硬材料金刚石和β—C3N4薄膜的探索性研究

作为材料的重要性质之一，硬度一直受到人们广泛的重视和研究。Cohen和Liu利用第一性原理计算从理论上预言了一种超硬性能的新材料β—C3N4，其体积弹性模量超过金刚石。CVO3组采用微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD)，用高纯N2(99．999％)和CH4(99．9％)作反应气体，在单晶Si(100)和多晶Pt衬底上沉积碳氮薄膜，开展了对β-C3N4薄膜的制备与表征的探索性研究，取得了一定的进展。     

h-BN/Si3N4陶瓷复合材料的力学和摩擦性能

以亚微米级α-Si3N4,h-BN粉末为原料和Y2O3-Al2O3为助烧剂,采用热压烧结法制备了h-BN/Si3N4陶瓷复合材料.随着h-BN含量增加,柱状β-Si3N4晶粒的直径和长径比均减小,h-BN/Si3N4陶瓷复合材料的抗弯强度、断裂韧性略有下降,而弹性模量和硬度明显下降.添加10ψ/%h-BN后,弹性模量从293.5 GPa下降到236.6 GPa,同时硬度从14.5 GPa下降到10.9 GPa.随着h-BN含量增加,h-BN/Si3N4陶瓷复合材料的摩擦系数略有下降.     

金刚石复合片显微硬度分析

本文采用维氏压头和努普压头施加4.9 N、19.6 N、29.4 N负荷,对HV5维氏显微硬度计的标准块进行了硬度检测.通过对比发现:采用努普压头、4.9 N负荷能较精确的测量出硬度值.因此采用此法对金刚石复合片进行了努普硬度检测,及磨耗比检测.分析结果发现:沿径向从边缘到中心硬度逐渐减少,与磨耗比有相似的变化规律,在穿晶断裂为主的区域,显微硬度和磨耗比明显高于以沿晶断裂为主的区域.所以要合理的控制合成工艺,从根本上提高金刚石颗粒间的结合能,形成更多的强D-D结合,以提高金刚石复合片的质量.     

CNTs的添加对纳米Si3N4陶瓷组织与力学性能的影响

采用热压烧结法制备了CNTs-Si3N4纳米复相陶瓷,研究了碳纳米管(CNTs)的添加对Si3N4陶瓷组织与力学性能的影响,用XRD分析了该复合材料的相组成,并对它的硬度、抗弯强度和断裂韧性进行了测试.结果表明,CNTs-Si3N4纳米复相陶瓷的相为a-Si3N4、β-Si3N4和Si2N2O;其抗弯强度和断裂韧性均随碳纳米管含量的增加呈先升后降的变化趋势,最大值分别在CNTs添加量为2wt%和4wt%时获得;CNTs添加量为2wt%时,硬度略有提高,然后随碳纳米管含量的继续增加而逐渐降低;CNTs-Si3N4纳米复相陶瓷的主要增韧机制为碳纳米管的拔出、桥联和裂纹偏转.     

离子氮化后Cr—Mo 钢(SCM440)的化合物层及磨损特性

本文对 SCM440钢进行离子氮化所生成的化合物层中ε-Fe_(2-3)N 及γ′-Fe_4N 量的变化和 N_2/H_2比、硬度、厚度等方面的关系进行了研究。其次,进行了磨损特性的研究。有化合物层时,由于ε-Fe_(2-3)N 的增加,其耐磨性能有所提高。除去化合物层进,如果扩散层的硬度为 HV700左右,种种情况表明扩散层的磨损量和存在化合物层时大致相当。     

超硬碳氮化物涂层

据称，第一层涂层含有结晶态碳氢化物的一种超硬联氮化物复合材料已在依利洛斯州Evanston西北大学的R·MCCormick工程和应用科学学院合成。这种复合材料是采用磁控管溅射的方法生产出来的，工艺的操作温度是在室温下或接近室温的条件下进行的。根据最近十年来在这方面的一些合作研究，纯的C3N4可能是比金刚石更硬的材料。由西北大学ChungYiP－Wah报导的新材料不是纯C3N4，也不比金刚石硬。然而，其硬度为45～50GPa，接近于金刚石的硬度并单独地被OakRidge国立实验室所证实。该材料稍带粉红色并极其光滑，大大地优于CVD纯结晶CVD金…     

纳米化3J33钢稀土氮碳共渗生成相第一性原理表征

通过稀土化学热处理和第一性原理计算方法研究了纳米化3J33钢在500℃脉冲等离子体稀土氮碳共渗4h时共渗层的相结构和硬度分布以及共渗相的性质.结果表明,共渗层由厚度约5μm的化合物层和90μm的扩散层组成;共渗相主要由γ′-Fe4N和含碳氮的α′-Fe相组成;与纳米化的3J33钢相比,渗层表面硬度提高约1倍,基体时效后硬度也有所提高.计算结果表明,在共渗过程中γ′-Fe4N相较α′-Fe相更容易形成,但α′-Fe相更加稳定;γ′-Fe4N相的硬度高于α′-Fe相的硬度的主要原因是γ′-Fe4N相的N-Fe键较α′-Fe相的C-Fe键更强;此外,γ′-Fe4N相的体模量与剪切模量的比值大于1.75,因此该相具有延性.     

软压头技术在金刚石室温疲劳实验中的应用研究

金刚石作为世界上最硬的材料,长期以来,人们普遍认为其在室温下没有疲劳破坏。为了验证金刚石是否存在着疲劳破坏,本文提出了一种软压头技术(在压缩实验时,所用压头材料的硬度相比被测材料的硬度低得多),详细阐述了其原理和优点。利用CBN、Si3N4、Tib2和Silver Steel材料制做的压头进行了金刚石室温疲劳破坏实验,得到了金刚石室温疲劳曲线,找出了金刚石疲劳破坏临界应力值,实验结果充分说明了金刚石在室温下确实存在着疲劳破坏现象,并验证了软压头技术的可靠性。     

Ni-Co-Mn合金的电镀工艺优化及与金刚石复合镀的摩擦磨损性能

通过电镀法制备Ni-Co-Mn三元合金并进行工艺优化,同时制备Ni-Co-Mn-金刚石复合镀层,采用硬度、纳米划痕、SEM、EDS、摩擦磨损等分析镀层性能。结果表明:Ni-Co-Mn三元合金电镀最佳主盐配方为Ni SO4 280g/L、Co SO4 11 g/L、Mn SO4 1 g/L;镀液温度低于50℃时镀层易"烧焦",高于60℃时,镀层硬度及结合力下降;当电流密度增大至3 A/dm2时,有利于形成平整致密的镀层;当电流密度超过5 A/dm2时,镀层表面易出现析氢、积瘤等缺陷;最佳电镀工艺条件下的镀层硬度达520.7 HV,膜基结合力达25.52 N;Mn含量越高,镀层硬度越大;Co含量越高,镀层与基体结合越好;Ni-Co-Mn-金刚石复合镀层的硬度达890.2 HV,摩擦因数为0.72,体积磨损率仅为5.46×10-6 mm3/(N·m),金刚石与胎体Ni-Co-Mn合金结合牢固,复合镀层的磨削性好,耐磨性强。     

第二相对MoSi2基复合材料组织与性能的影响

用放电等离子烧结法(SPS)制备了不同增强相的MoSi2基复合材料,系统研究了第二相对MoSi2基复合材料组织与性能的影响,探讨了MoSi2基复合材料的断裂方式及增韧机制.结果表明:第二相颗粒的加入均能不同程度地提高MoSi2的强韧性;ZrO2对提高断裂韧性最有效.其中20%ZrO2/MoSi2材料达到6.8 Mpam1/2,比纯MoSi2提高了95.4%,表现为微裂纹增韧和弥散强化;β-Si3N4对提高显微硬度、抗压强度最有效,其中20%β-Si3N4/MoSi2分别达到16.01Gpa与2260Mpa,比纯MoSi2提高了31.7%与119.4%,表现为细晶强化;同时加入ZrO2与β-Si3N4能起到相变增韧和细晶强化的协同作用,表现出最佳的强韧性能,其中,10%ZrO2/20%β-Si3N4/MoSi2的维氏硬度、抗压强度、断裂韧性分别比MoSi2提高了24.7%、104.3%、90%.     

热处理温度对Si3N（4p）/Al复合材料组织和性能的影响

对压力浸渗制备的Si3N4p/Al复合材料在800-950℃下进行热处理,测试复合材料的相组成、弯曲强度、硬度和断裂韧度变化,观察复合材料断裂特征。结果表明,850℃是一个重要的热处理温度点,在此温度下-βSi3N4和Al开始发生显著的界面反应;对Si3N4p/Al复合材料进行850℃以上热处理可以提高复合材料的硬度、强度,但断裂韧度有所下降;950℃热处理的45vol%Si3N4p/Al复合材料弯曲强度达到498MPa,硬度达到373HBS5/750,断裂韧度为7MPa.m^1/2,具有良好的强韧性配合;复合材料断裂以Si3N4陶瓷颗粒脆性解理和铝合金塑性撕裂两种形式为主,少有陶瓷颗粒/铝基体界面解离的情形。     

中频对靶磁控溅射制备含铬类金刚石薄膜

利用新型中频对靶磁控溅射在硅和M2高速钢基体上沉积了一系列无氢含铬类金刚石膜.考察了类金刚石膜的表面形貌、显微结构、硬度、结合力和摩擦磨损性能.结果表明：合成的类金刚石薄膜具有优良的综合性能,硬度为30-46GPa、结合力Lc达50-65N、大气环境下摩擦系数约为0.1.     

建筑用低碳钢气体氧氮共渗后表面组织结构与性能

利用自制低温气体多元共渗控制系统,采用气体氧氮共渗的方法在600℃的可控气氛下对建筑用低碳钢螺栓进行气体氧氮共渗2 h,利用OM、XRD、显微硬度测试和中性盐雾腐蚀试验等实验手段,研究了共渗后样品表面的组织结构与性能.结果表明:表面化合物层厚度为50μm左右,由均匀的柱状晶组成,主要成分为Fe3N、Fe4N和Fe3O4,表面具有较高的硬度和良好的耐腐蚀性.     

表面活性剂对镁合金Ni-P-nano-Si3N4化学复合镀层组织和性能的影响

研究了表面活性剂对AZ31镁合金Ni-P-nano-Si3N4化学复合镀层形貌、镀速、镀层中nano-Si3N4颗粒的含量以及镀层硬度的影响.结果表明,采用阴离子表面活性剂,使Ni-P-Si3N4镀层的组织均匀且致密,镀层的硬度和沉积率都较高.     

B-C-N三元物相体系的结构与合成

本文就B－C－N三元体系中，合成的类石墨和类金刚石的物相形态研究工作进行了评述，指出，在B－C－N体系中，由于B，C，N原子半径接近，而有希望制得类石墨的，也可制得类金刚石的新材料提供了可能，由此可以预示，类石墨结构的三元化合物可用于制备高温半导体，而类金刚石结构的材料，则将具有比立方氮化硼更高的硬度和比金刚石更好的热稳定性，因此，从实用的观点来说，合成复合（杂化）结构的材料是有意义的，讨论了三元物相有希望的方法，及其结构模型和热稳定性。     

工作气氛对H13钢低温低压离子渗氮化合物层的影响

采用空心阴极离子镀膜机对H13钢进行离子源辅助渗氮以改善其表面性能,探究了在N2-H2气氛中,N2浓度分别为50％、25％、10％和3％的情况下,渗层结构及性能的变化.采用扫描电镜、X射线衍射仪与X射线光电子能谱仪等观察和分析了渗氮层的截面形貌和物相结构;用电子探针测量了N元素随深度的变化情况;用纳米硬度计、维氏硬度计对样品的表面硬度、弹性模量、截面硬度分布以及渗层脆性进行表征.结果表明:随N2浓度降低,化合物层厚度降低,但扩散层厚度变化不明显,仍然保持在90μm左右.当N2浓度为3％时,化合物层消失,表层的碳化物中的C元素被N元素置换,在扩散层中形成一定量的氮化物沉淀,使其保持了10.83 GPa的较高的表面硬度.随化合物层厚度降低以及ε相含量的减少,渗层脆性降低.     

TiN/Si3N4纳米多层膜硬度对Si3N4层厚敏感性的研究

通过反应磁控溅射制备了一系列不同Si3N4层厚的TiN/Si3N4纳米多层膜,利用X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜、扫描电子显微镜和微力学探针表征了多层膜的微结构和硬度,研究了其硬度随Si3N4层厚微小改变而显著变化的原因.结果表明,在TiN调制层晶体结构的模板作用下,溅射态以非晶存在的Si3N4层在其厚度小于0.7 nm时被强制晶化为NaCl结构的赝晶体,多层膜形成共格外延生长的{111}择优取向超晶格柱状晶,并相应产生硬度显著升高的超硬效应,最高硬度达到38.5GPa.Si3N4随自身层厚进一步的微小增加便转变为非晶态,多层膜的共格生长结构因而受到破坏,其硬度也随之降低.